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《安徽工程大学》 2016年
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基于硅基液晶器件的全息显示技术研究

刘洋  
【摘要】:全息显示技术能够完整的保留物体的全部信息,使得人眼看到的场景更接近生活中的原样,并且无需任何穿戴设备,避免了视觉疲劳,因此引起众多科研工作者的兴趣,其完美的显示效果已作为3D显示最理想的方案之一。传统光学全息中,主要有两个环节——物光信息的记录与再现。记录是将物光和参考光在全息面上的干涉条纹曝光在感光材料上的过程;再现是利用光照干涉条纹图重构原物像的过程。但此过程中光学系统必需足够的稳定,物光和参考光必需有足够高的相干系数,这就使得全息研究人员把焦点转向了计算全息领域。计算全息中物光的构建、传播、全息图透过率的计算都是通过计算机完成的,因此避免了光全息中种种苛刻要求。但是传统的计算全息图是控制绘图仪在全息干板上绘制出的,这一点具有明显的时间滞后性,并且一旦制作完成,用于制作全息图的材料就不能被再利用了。随着空间光调制器的出现,研究人员在全息实验中不再需要制作出实物的全息图,仅仅需要生成符合全息透过率的数字图像,再利用空间光调制器,就可以避开波前记录与再现实验中的不利条件。计算全息需要物体的数学描述,但对于实物的全息记录,物光波的数学描述却不能直接通过测量得到。光的高频特性使得现有的检测仪器不能直接获得光波的位相分布,所以通过面与面之间的迭代,利用强度作为约束条件来获得光场的相位分布已为众多研究者所接受并被广泛地用于实践。本文在研究分析了全息理论的基础上,将随机相位调制的数值迭代相位恢复算法与修正型离轴参考光计算全息结合起来,提供了一种制作现实物体的计算全息图的方案,并搭建了以LCOS为核心的全息显示系统对全息图进行再现。主要工作和创新点如下:1.分析了全息显示的基本理论,简单介绍了菲涅耳全息图和相息图的基本实现原理,详细分析了计算全息图的制作过程及计算机制全息图中两种典型的方法——罗曼迂回位相编码、修正离轴参考光计算全息图,通过计算机编程仿真实现上述方法产生的全息图。2.论述了空间光调制器的基本概念和参数,并讨论了硅基液晶空间光调制器的光波相位调制原理,LCOS的像素结构,以及简单介绍了一下我们实验中所使用的LCOS-SLM的参数、特性和客户端软件的基本使用方法,并以此全息显示平台用于全息再现。3.研究了迭代型相位恢复算法,包括GS算法、ER算法、多面迭代等以及利用纯相位调制波前来获得同一位置的不同强度分布进行迭代恢复的算法,并将数值迭代相位恢复算法与计算全息结合起来——以相位恢复算法获取待显示物体的数学描述,以修正型离轴参考光计算全息制作生成实物的全息图,并在基于LCOS-SLM的显示系统上进行光学重构。
【学位授予单位】:安徽工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN27

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